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线性变掺杂漂移区LDMOS导通电阻和温度特性研究

王龙

  随着半导体结构和工艺等方面的研究和集成电路(IC)设计与优化技术的进一步前进,高压功率器件越来越成为不可或缺的元器件基础。可以在同一块芯片上用功率器件和逻辑控制模块组成特定的系统来实现所需要的功率集成电路(PIC)的性能,这在保证系统的稳定、能量利用率的提升、制造成本的下降以及减小器件的体积等方面具有很大的优势和进一步改进与发展的空间。高压功率LDMOS器件可以承受较高的漏源电压,并且在设计开关电路以及在高频率、高温度的条件下性能优异,LDMOS器件的三个电极位于器件的上表面,这有利于制造互补金属氧化物半导体构成的具有记忆功能的模块相关工艺。因此,这种器件在通信系统、雷达系统等多个领域有着重要而广泛的应用。 LDMOS的源区和漏区之间有一个低掺杂大电阻的耐压区,称为漂移区(Drift Region),这个区域使器件在应用时更加稳定,高频性能良好,寄生BJT效应和沟道长度变短时产生的影响显著减弱。有研究表明:当漂移区为线性(Linear)变掺杂时,器件能够承受更高的漏源电压。但是较低的导通电阻对于提高器件性能也是不可或缺的。相关研究表明,随着漂移区掺杂浓度的上升,载流子浓度大幅度上升,导通电阻明显减小,但击穿电压的变化就需要具体问题具体分析了。因此通过研究,使器件的性能达到最优化,从而使其更好地应用于高压集成电路设计等重要领域,这就离不开建模、仿真、工艺等程序。本文将重点研究线性变掺杂漂移区LDMOS电学和温度特性,并将其与均匀掺杂漂移区LDMOS的对应性能进行对比。 本文首先对高压功率器件及电路的发展及特点进行了概述;对LDMOS的相关研究领域的技术进展进行了总结;最后介绍了LDMOS器件及相关集成电路在移动通信、雷达技术等领域的应用。 其次对线性变掺杂漂移区LDMOS的制造工艺以及击穿电压、饱和电流、阈值电压等电学特性进行了分析和模拟,并和均匀掺杂漂移区LDMOS的对应性能参数进行了对比和分析,得出线性变掺杂漂移区LDMOS的电学特性优于均匀掺杂漂移区LDMOS的结论。 再次,对线性变掺杂漂移区LDMOS的导通电阻进行了建模,通过计算、推导,得出其解析模型,用MATLAB软件对总导通电阻以及漂移区四个等效电阻与横向线性变掺杂系数a之间的关系进行了模拟,然后用MEDICI软件对器件特性进行了模拟,根据模拟结果得出a取不同值时的导通电阻的值。然后对两种软件的模拟结果进行了对比验证,二者基本一致。因此所建立的模型具有实用性。 本文最后对线性变掺杂漂移区LDMOS的导通电阻、击穿电压、阈值电压等电学参数的温度特性进行了研究。在不同温度下对器件的电学参数进行模拟和分析有助于把握器件在高温环境下的性能特点,对于LDMOS在高温领域的应用有着重要意义。本部分内容先进行理论上的分析,然后用MATLAB软件和MEDICI软件对均匀掺杂漂移区以及线性变掺杂漂移区LDMOS器件的对应电学参数的温度特性进行了模拟和深入的分析、讨论,得出线性变掺杂漂移区LDMOS的高温特性优于均匀掺杂漂移区LDMOS的结论。……   
[关键词]:线性变掺杂;漂移区;电学特性;导通电阻;温度特性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:安徽大学2011年